BÀI TOÁN VỀ KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXITI potx

So sánh tổng số mol electron cho và nhận để biện luận xem chất nào hết, chất nào dư - Khi hỗn hợp kim loại trong đó có Fe tác dụng với H2SO4 đặc nóng hoặc HNO3... Khối lượng dung dịch th

BÀI TOÁN VỀ KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT

I.- Ôn lại kiến thức

1) Kim loại tác dụng với dung dịch axit:

a) Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng:

M + nH+ → Mn+ + n/2H2

(M đứng trước hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn)

b) Đối với H2SO4 đặc, HNO3 (axit có tính oxi hóa mạnh):

- Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H2SO4 đặc,

HNO3 sẽ đạt số oxi hóa cao nhất

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với H2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) và H2SO4 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó S+6 trong H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2) ; So hoặc S-2 (H2S)

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 đặc nóng (trừ Pt, Au) và HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử thành N+4 (NO2)

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 loãng (trừ Pt, Au), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử thành N+2 (NO) ; N+1 (N2O) ; No (N2) hoặc N-3 (NH4+) c) Kim loại tan trong nước (Na, K, Ba, Ca,…) tác dụng với axit: có 2 trường hợp

- Nếu dung dịch axit dùng dư: chỉ có phản ứng của kim loại với axit

- Nếu axit thiếu thì ngoài phản ứng giữa kim loại với axit (xảy ra trước) còn có phản ứng kim loại dư tác dụng với nước của dung dịch

2) Một số chú ý khi giải bài tập:

- Kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HCl, H2SO4 loãng (H+ đóng vai trò là chất oxi hóa) tạo ra muối có số oxi hóa thấp và giải phóng H2:

M + nH+ → Mn+ + n/2H2 (nH+ = nHCl + 2nH2SO4)

- Kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HCl, HNO3 loãng, HNO3 → viết phương trình phản ứng dưới dạng ion thu gọn (H+ đóng vai trò môi trường, NO3– đóng vai trò chất oxi hóa) và so sánh các tỉ số giữa số mol ban đầu và hệ số tỉ lượng trong

phương trình xem tỉ số nào nhỏ nhất thì chất đó sẽ hết trước (để tính theo)

- Các kim loại tác dụng với ion NO3– trong môi trường axit H+ xem như tác dụng với HNO3

- Các kim loại Zn, Al tác dụng với ion NO3– trong môi trường kiềm OH– giải

phóng NH3

4Zn + NO3– + 7OH– → 4ZnO22– + NH3 + 2H2O

(4Zn + NO3– + 7OH– + 6H2O → 4[Zn(OH)4]2– + NH3)

8Al + 3NO3– + 5OH– + 2H2O → 8AlO2– + 3NH3

(8Al + 3NO3– + 5OH– + 18H2O → 8[Al(OH)4]– + 3NH3

- Khi hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với hỗn hợp axit thì dùng định luật bảo toàn mol electron và phương pháp ion – electron để giải cho nhanh So sánh tổng số mol electron cho và nhận để biện luận xem chất nào hết, chất nào dư

- Khi hỗn hợp kim loại trong đó có Fe tác dụng với H2SO4 đặc nóng hoặc HNO3

cần chú ý xem kim loại có dư không Nếu kim loại (Mg → Cu) dư thì có phản ứng kim loại khử Fe3+ về Fe2+ Ví dụ: Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+ ; Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+

- Khi hòa tan hoàn hoàn hỗn hợp kim loại trong đó có Fe bằng dung dịch HNO3 mà thể tích axit cần dùng là nhỏ nhất → muối Fe2+

- Kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ ưu tiên phản ứng trước

- Nếu đề bài yêu cầu tính khối lượng muối trong dung dịch, ta áp dụng công thức sau:

mmuối = mcation + manion tạo muối = mkim loại + manion tạo muối

(manion tạo muối = manion ban đầu – manion tạo khí)

- Cần nhớ một số các bán phản ứng sau:

2H+ + 2e → H2

NO3- + e + 2H+ → NO2 + H2O

SO42– + 2e + 4H+ → SO2 + 2H2O

NO3- + 3e + 4H+ → NO + 2H2O

SO42– + 6e + 8H+ → S + 4H2O

2NO3- + 8e + 10H+ N2O + 5H2O

SO42– + 8e + 10H+ → H2S + 4H2O

2NO3- + 10e + 12H+ → N2 + 6H2O

NO3- + 8e + 10H+ → NH4+ + 3H2O

- Cần nhớ số mol anion tạo muối và số mol axit tham gia phản ứng:

nSO42–tạo muối = Σ (a/2) nX

(a là số electron mà S+6 nhận để tạo sản phẩm khử X)

nH2SO4 phản ứng = 2nSO2 + 4nS + 5nH2S

nNO3–tạo muối = Σ a.nX

(a là số electron mà N+5 nhận để tạo ra sản phẩm khử X)

nHNO3 phản ứng = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2

II.Một số bài toán tiêu biểu

Bài 1: Cho 3,68 gam hỗn hợp gồm Al và Zn tác dụng với một lượng vừa đủ dung

dịch H2SO4 10 %, thu được 2,24 lít khí H2 (ở đktc) Khối lượng dung dịch thu được sau phản ứng là:

A 101,68 gam B 88,20 gam C 101,48 gam D 97,80 gam

*Hướng dẫn:

nH2 = nH2SO4 = 0,1 mol → m (dd H2SO4) = 98 gam → m (dd sau phản ứng) = 3,68 + 98 – 0,2 = 101,48 gam → đáp án C

Bài 2: Hoà tan hoàn toàn 14,6 gam hỗn hợp X gồm Al và Sn bằng dung dịch HCl

(dư), thu được 5,6 lít khí H2 (ở đktc) Thể tích khí O2 (ở đktc) cần để phản ứng hoàn toàn với 14,6 gam hỗn hợp X là:

A 2,80 lít B 1,68 lít C 4,48 lít D 3,92 lít

Hướng dẫn:

Gọi nAl = x mol ; nSn = y mol → 27x + 119y = 14,6 (1) ; nH2 = 0,25 mol

- Khi X tác dụng với dung dịch

HCl:

Bài 3: Cho 7,68 gam hỗn hợp X gồm Mg và Al vào 400 ml dung dịch Y gồm HCl

1M và H2SO4 0,5M Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 8,512 lít khí (ở đktc) Biết trong dung dịch, các axit phân li hoàn toàn thành các ion Phần trăm về khối lượng của Al trong X là:

A 56,25 % B 49,22 % C 50,78 % D 43,75 %

Hướng dẫn: Σ nH+ = 0,8 mol ; nH2 = 0,38 mol → nH+phản ứng = 0,76 mol < 0,8

mol → axit dư, kim loại hết

- Gọi

Bài 4: Cho 0,10 mol Ba vào dung dịch chứa 0,10 mol CuSO4 và 0,12 mol HCl Sau

khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Giá trị của m là:

A 23,3 gam B 26,5 gam C 24,9 gam D 25,2 gam

*Hướng dẫn: Các phản ứng xảy ra là:

Ba + 2HCl → BaCl2 + H2 BaCl2 + CuSO4 → BaSO4 + CuCl2

0,06 ←0,12 → 0,06 0,06 → 0,06 0,06

Ba + 2H2O →Ba(OH)2 + H2 Ba(OH)2 + CuSO4 → BaSO4 + Cu(OH)2

0,04 → 0,04 0,04 → 0,04 0,04 0,04

Cu(OH)2 → CuO + H2O

0,04 0,04

→ m (chất rắn) = mBaSO4 + mCuO = (0,06 + 0,04).233 + 0,04.80 = 26,5 gam

→ đáp án B

Bài 5: Thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn

18 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu trộn theo tỉ lệ mol 1 : 1 là: (biết phản ứng tạo chất

khử duy nhất là NO)

A 1,0 lít B 0,6 lít C 0,8 lít D 1,2 lít

*Hướng dẫn: nFe = nCu = 0,15 mol

- Do thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất

→ muối Fe2+ → ∑ ne cho = 2.(0,15 + 0,15) = 0,6 mol

- Theo đlbt mol electron nH+ = nHNO3 = (0,6*4) /3 = 0,8 mol

- → V HNO3 = 0,8 lít → đáp án C

Bài 6: Hòa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung dịch hỗn hợp HNO3 1M và H2SO4

0,5M, kết thúc phản ứng thu được V lít (ở đktc) khí không màu duy nhất thoát ra, hóa nâu ngoài không khí Giá trị của V là:

A 1,344 lít B 4,032 lít C 2,016 lít D 1,008 lít

Hướng dẫn:

nCu = 0,15 mol ; nNO3– = 0,18 mol ; Σ nH+ = 0,36 mol

3Cu + 8H+ + 2NO3– → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

Do (0,36 /8) < (0,15 /3) < (0,18 /2) → H+ hết ; Cu dư 0,36→ 0,09

→ VNO = 0,09.22,4 = 2,016 lít → đáp án C

Bài 7: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch chứa

hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất Giá trị tối thiểu của V là:

A 360 ml B 240 ml C 400 ml D 120 ml

*Hướng dẫn:

nFe = 0,02 mol ;

nCu = 0,03 mol → Σ ne cho = 0,02.3 + 0,03.2 = 0,12 mol ;

nH+ = 0,4 mol ; nNO3– = 0,08 mol

(Ion NO3– trong môi trường H+ có tính oxi hóa mạnh như HNO3)

- Bán phản ứng: NO3– + 3e + 4H+ → NO + 2H2O

- Do (0,13 /2) < (0,18/1) < (0,4 /4)→ kim loại kết và H+ dư

0,12→ 0,16

→ nH+ dư = 0,4 – 0,16 = 0,24 mol → Σ nOH– (tạo kết tủa max)

- = 0,24 + 0,02.3 + 0,03.2 = 0,36 → V = 0,36 lít hay 360 ml → đáp án A

Bài 8: Cho 24,3 gam bột Al vào 225 ml dung dịch hỗn hợp NaNO3 1M và NaOH

3M khuấy đều cho đến khi khí ngừng thoát ra thì dừng lại và thu được V lít khí (ở đktc).Giá trị của V là:

A 11,76 lít B 9,072 lít C 13,44 lít D 15,12 lít

*Hướng dẫn:

nAl = 0,9 mol ; nNO3– = 0,225 mol ;

nOH– = 0,675 mol

8Al + 3NO3– + 5OH– + 18H2O → 8[Al(OH)4]– + 3NH3 (1)

Do (0,225 /3) < (0,9 /8) < (0,675 /5)→ NO3– hết

Bđ: 0,9 0,225 0,675

Pư: 0,6 ← 0,225 → 0,375 0,225

Dư: 0,3 0 0,3

Al + OH– (dư) + H2O → AlO2– + (3/2)H2 (2)

0,3 0,3 0,45

Từ (1) ; (2) → V = (0,225 + 0,45).22,4 = 15,12 lít → đáp án D

Bài 9: Hòa tan hoàn toàn 100 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu , Ag trong dung dịch

HNO3 (dư) Kết thúc phản ứng thu được 13,44 lít hỗn hợp khí Y gồm NO2, NO, N2O theo tỉ lệ số mol tương ứng là 3 : 2 : 1 và dung dịch Z (không chứa muối

NH4NO3) Cô cạn dung dịch Z thu được m gam muối khan Giá trị của m và số mol HNO3 đã phản ứng lần lượt là:

A 205,4 gam và 2,5 mol B 199,2 gam và 2,4 mol

C 205,4 gam và 2,4 mol D 199,2 gam và 2,5 mol

Hướng dẫn:

nY = 0,6 mol → nNO2 = 0,3 mol ;

nNO = 0,2 mol ;

nN2O = 0,1 mol

nNO3– tạo muối = nNO2 + 3.nNO + 8.nN2O = 0,3 + 3.0,2 + 8.0,1 = 1,7 mol

→ mZ = mKl + mNO3– tạo muối = 100 + 1,7.62 = 205,4 gam (1)

nHNO3 phản ứng = 2.nNO2+ 4.nNO + 10.nN 2O

= 2.0,3 + 4.0,2 + 10.0,1 = 2,4 mol (2)

- Từ (1) ; (2) → đáp án C

Bài 10: Cho 6,72 gam Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M, đến khi phản ứng xảy

ra hoàn toàn, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X Dung dịch

X có thể hoà tan tối đa m gam Cu Giá trị của m là:

A 1,92 gam B 3,20 gam C 0,64 gam D 3,84 gam

Hướng dẫn:

nFe = 0,12 mol → ne cho = 0,36 mol;

nHNO3 = 0,4 mol → ne nhận = 0,3 mol

- Do ne cho > ne nhận → Fe còn dư → dung dịch X có Fe2+ và Fe3+

- Các phản ứng xảy ra là:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

0,1 ← 0,4 → 0,1

Fe (dư) + 2Fe3+ → 3Fe2+

0,02 → 0,04

Cu + 2Fe3+ (dư) → Cu2+ + 2Fe2+

0,03 ← 0,06

→ mCu = 0,03.64 = 1,92 gam → đáp án A

Bài 11: Hoà tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư), thu

được dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2 Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18 Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là:

A 38,34 gam B 34,08 gam C 106,38 gam D 97,98 gam

Hướng dẫn:

nAl = 0,46 mol → ne cho = 1,38 mol ;